屏蔽門系統(tǒng)在軌道交通中的應用

施伶嬿

（1.上海市建設工程管理有限公司，上海市 200031；2.同濟大學經(jīng)濟與管理學院，上海市 200092）

0 引言

屏蔽門系統(tǒng)是一個典型的機電一體化產(chǎn)品，安裝于地鐵、輕軌等交通下站站臺邊緣，將車站站臺與行車隧道區(qū)域隔離開，設有與列車門相對應、可多級控制開啟與關閉滑動門的連續(xù)屏障，簡稱屏蔽門(Platform Screen Door，簡稱PSD)。屏蔽門的安裝，降低了車站空調(diào)通風系統(tǒng)的運行能耗；同時減少了列車運行噪音和活塞風對車站的影響，防止人員跌落軌道發(fā)生意外事故，為乘客提供了舒適、安全的候車環(huán)境，提升了地鐵的服務水平。屏蔽門作為現(xiàn)代化城市軌道交通工程的必備設施，已得到日益廣泛的應用。

1 屏蔽門系統(tǒng)的構成和功能

1.1 系統(tǒng)構成

屏蔽門系統(tǒng)由機械和電氣兩部分構成，機械部分包括門體結(jié)構和門機系統(tǒng)，電氣部分包括電源系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。主要構成部分有：門體結(jié)構、門機系統(tǒng)、門機控制器(DCU)、車站級控制、監(jiān)視系統(tǒng)。屏蔽門門體結(jié)構一般由滑動門、固定門、應急門、端頭門及門機頂箱、踏步板、上下部連接結(jié)構等構成。

門機是由驅(qū)動機構、傳動機構、懸掛機構、鎖定解鎖機構組成。電機在DCU的控制下，通過螺桿或皮帶傳動來實現(xiàn)滑動門的開關運動。

屏蔽門控制系統(tǒng)設備由中央控制盤(PSC)、遠程監(jiān)視設備(PSA)、就地控制盤(PSL)、緊急控制盤(IBP)、門機控制器(DCU)、就地控制盒(LCB)組成。

中央控制盤(PSC)是整個屏蔽門控制系統(tǒng)的核心，收集并處理來自各個監(jiān)控點的控制／狀態(tài)/事件信息，并將處理后的控制／狀態(tài)/事件信息傳向各個監(jiān)控點。

遠程監(jiān)視設備(PSA)是一個遠程監(jiān)控站，用來監(jiān)視屏蔽門系統(tǒng)詳細的狀態(tài)信息，同時在緊急情況下提供遠程監(jiān)視設備(PSA)的緊急操作功能。

就地控制盒(PSL)是列車駕駛員與屏蔽門系統(tǒng)交互的設備，用于在非正常狀態(tài)下(比如信號系統(tǒng)故障)或緊急狀態(tài)下由列車駕駛員實現(xiàn)對屏蔽門的操作。

門機控制器(DCU)是現(xiàn)場控制單元，執(zhí)行來自PSC的控制命令，收集來自現(xiàn)場及自身的狀態(tài)信息，并將此信息傳向PSC。

中央控制盤(PSC)、遠程監(jiān)視設備(PSA)、門機控制器(DCU)通過通訊網(wǎng)絡及硬線進行連接，形成一個功能完善的控制及監(jiān)視系統(tǒng)。

控制系統(tǒng)將系統(tǒng)的控制及監(jiān)視集中進行處理，系統(tǒng)中重要的控制命令及狀態(tài)信號通過硬線進行連接，系統(tǒng)中其他的事件及狀態(tài)信息則通過通訊網(wǎng)絡進行傳遞。

1.2 系統(tǒng)功能

以上海軌道交通11號線屏蔽門工程為例，屏蔽門控制系統(tǒng)以兩側(cè)站臺60檔屏蔽門為控制對象，構成一個完整的控制系統(tǒng)。每個車站屏蔽門控制系統(tǒng)均包括兩個控制子系統(tǒng)，控制兩側(cè)站臺屏蔽門。兩個控制子系統(tǒng)是獨立的，每個子系統(tǒng)中包括主控單元PSC、就地控制單元PSL、控制回路及門頭開關等；系統(tǒng)還配置與其他專業(yè)的硬線獲通訊接口。

系統(tǒng)配置完善的網(wǎng)絡系統(tǒng)實現(xiàn)屏蔽門的狀態(tài)監(jiān)視。系統(tǒng)由現(xiàn)場總線通訊局域網(wǎng)構成總線型監(jiān)視系統(tǒng)，監(jiān)控主機可通過該網(wǎng)絡與每個DCU實時通訊，對每個DCU狀態(tài)進行顯示，查詢記錄；可對整個監(jiān)視系統(tǒng)進行參數(shù)修改。每側(cè)站臺均配置與信號系統(tǒng)、BAS系統(tǒng)、車站緊急控制盤進行通訊的物理接口。站臺每側(cè)屏蔽門的控制子系統(tǒng)可接收并響應側(cè)信號系統(tǒng)的控制信號，控制響應側(cè)屏蔽門的開啟和關閉。

2 屏蔽門的控制系統(tǒng)

2.1 控制系統(tǒng)要求

（1）控制系統(tǒng)應滿足屏蔽門在正常和非正常狀態(tài)下的安全、可靠運行、在緊急狀態(tài)下能保證乘客安全疏散；

（2）控制系統(tǒng)應滿足信號系統(tǒng)的運行要求；

（3）控制系統(tǒng)應滿足機電設備監(jiān)控系統(tǒng)及火災監(jiān)控系統(tǒng)的接口要求；

（4）在站臺軌道區(qū)段無列車占用時和在任何故障情況下，確保所有活動門處于閉鎖狀態(tài)，并且不會因元件、部件的失效導致任何一扇屏蔽門的自動開啟。

（5）控制設備和電源設備應放置在屏蔽門設備室的控制屏和電源屏內(nèi)，對車站二側(cè)屏蔽門進行分別監(jiān)控。

2.2 控制系統(tǒng)功能

控制系統(tǒng)具有控制和監(jiān)測兩項基本功能。

2.2.1 控制功能

控制模式按操作的方式和地點不同分為四種：系統(tǒng)級控制、車站級控制、站臺級控制和就地級控制。此四種控制方式可分別實現(xiàn)屏蔽門的三種運行模式，即正常運行模式（系統(tǒng)級控制）、非正常運行模式（車站級控制和站臺級控制）、緊急運行模式（車站級控制和就地級控制）。

2.2.2 監(jiān)測功能

屏蔽門單元中所有設備的狀態(tài)信息均通過現(xiàn)場總線傳達到每個屏蔽門控制子系統(tǒng)的PSC上，可以查詢到所監(jiān)視設備的狀態(tài)。監(jiān)測功能包括：

（1）屏蔽門的運行及系統(tǒng)狀態(tài)

監(jiān)視屏蔽門的開啟/關閉狀態(tài)，并監(jiān)測網(wǎng)絡通信系統(tǒng)及供電電源等設備的運行狀況及故障。

（2）障礙物探測功能

屏蔽門在關閉過程中夾住人或物時，DCU立即執(zhí)行“障礙物探測”處理程序，同事通過現(xiàn)場總線將“遇阻”信息上報主監(jiān)視系統(tǒng)，車控室的PSA上及時顯示“遇阻”信息。

（3）故障信號采集與報警

DCU自我監(jiān)控，門鎖驗證。當個別DCU或門機發(fā)生故障導致門無法打開或關閉時，故障指示燈點亮并進行聲光報警。

門機控制器（DCU）控制框圖如圖1。

3 屏蔽門與信號系統(tǒng)的接口

屏蔽門系統(tǒng)與信號系統(tǒng)的接口形式為繼電器觸點接口，信息交接點為車站屏蔽門設備室控制屏端子排。接口示意圖如圖2。

3.1 信號系統(tǒng)向屏蔽門提供控制信號

列車在站臺停穩(wěn)具備開門條件后，向屏蔽門系統(tǒng)發(fā)送“列車占用車站軌道或開門使能命令”和“故障－安全”的開門命令，屏蔽門開啟。停站時分結(jié)束后，信號系統(tǒng)向屏蔽門系統(tǒng)發(fā)送關門命令，屏蔽門關閉并鎖閉后，向信號系統(tǒng)發(fā)送屏蔽門關好并已鎖閉狀態(tài)信息。

3.2 屏蔽門向信號反饋狀態(tài)信息

當所有屏蔽門接受“開門”命令并且單側(cè)所有門全部開啟后，向信號系統(tǒng)發(fā)送一個“門已開啟”的門狀態(tài)信息。

當所有屏蔽門關閉并鎖閉后，屏蔽門系統(tǒng)向信號系統(tǒng)發(fā)送一個“故障－安全”的屏蔽門“關閉并鎖閉”信息。

4 屏蔽門系統(tǒng)的安全防護措施

4.1 系統(tǒng)設計的可靠性措施

對于整個系統(tǒng)運營過程中，電源過載通過斷路器、熔斷器及開關電源、UPS內(nèi)置保護功能實現(xiàn)過載保護。在信號系統(tǒng)故障的情況下，通過PSL手動控制所有門單元；其他情況下，允許授權工作人員就地控制單元門的操作。從站臺UPS到門單元的就地供電單元實行冗余配電，即1個單一的供電連接斷開將不會造成對應于1節(jié)列車的所有門單元的操作失敗，控制單元被設計為冗余控制特性不會被故障影響。任何DCU的危險故障將導致活動門的驅(qū)動裝置斷電，活動門能手動關閉。同時，任何門單元的驅(qū)動裝置也能手動隔離，使它們能手動關閉。

4.2 系統(tǒng)接地措施

在屏蔽門設備室內(nèi)，系統(tǒng)控制設備的外殼及電纜屏蔽層和金屬管線的安全接地，采用電源系統(tǒng)PE線接地。從電源自動切換開關、配電屏及PSC控制屏和所有的PSD設備室的設備都將連接到車站地。在設備室和站臺之間的所有電纜支架和線槽都連接到車站地。在線槽與PSD的連接部位，采用一段絕緣線槽，保證PSD的絕緣，防止設備外殼帶電時對工作人員造成傷害。

為確保乘客和工作人員的安全，須防止屏蔽門與列車之間存在電位差，為消除電位差，整個屏蔽門體須保持等電位連接。將活動門的金屬框架安裝導電電刷，在固定門支架上安裝接地銅排，通過導電碳刷隨活動門滑行與銅排摩擦實現(xiàn)可靠連接。將每節(jié)車輛的屏蔽門連接成一個等電位體，確保每側(cè)站臺屏蔽門在正常和故障情況下都是安全的。

4.3 屏蔽門紅外線探測裝置

屏蔽門系統(tǒng)在每檔門軌道側(cè)設置一套紅外探測保護裝置，通過在發(fā)射器和接收器之間發(fā)射和接收紅外線，形成一個不可見的、非接觸式的安全防護門，當有人或物體經(jīng)過該區(qū)域時，保護裝置能夠檢測到并產(chǎn)生一個安全開關信號，從而起到安全保護作用（見圖3）。

5 結(jié)語

屏蔽門系統(tǒng)是現(xiàn)代軌道交通的發(fā)展趨勢。當站臺設置屏蔽門時，單從車站公共區(qū)的空調(diào)負荷計算來看，屏蔽門系統(tǒng)在節(jié)能方面占了絕對的優(yōu)勢，同時也提升了站臺的舒適度以及安全度。目前，由于屏蔽門控制部分核心技術還需要靠進口，國產(chǎn)化率不高，投資是相當昂貴的。發(fā)展、鼓勵一批國內(nèi)的屏蔽門生產(chǎn)企業(yè)加快核心技術的開發(fā)、研究，培養(yǎng)一支高素質(zhì)的屏蔽門系統(tǒng)隊伍是勢在必行的，我國將會在這一領域有更加廣泛的應用前景。